Penentuan Distribusi Ukuran Gelembung Kerosin Dalam Air Dengan Metode Pengapungan Batang (Bouyancy Weighing-Bar Method) Chapter III V
BAB III
METODOLOGI PENELITIAN
Penelitian ini dilaksanakan di Laboratorium Penelitian, Departemen Teknik
Kimia, Fakultas Teknik, Universitas Sumatera Utara. Penelitian ini dilaksanakan
selama 6 bulan. Pada penelitian ini mengkaji kecepatan pemisahan kerosin dalam air,
sekaligus untuk menentukan DSD dari kerosin dalam air.
3.1
BAHAN YANG DIGUNAKAN
1.
Kerosin (ρ = 0,810gr/cm3)
2.
Air (ρ = 0,99708 gr/cm3)
3.2
PERALATAN YANG DIGUNAKAN
1.
Neraca analitik PW 254 dengan ketelitian 0,0001 g dengan pengait di bawah
2.
Pengaduk khusus, untuk menghomogenkan suspensi di awal percobaan
3.
Gas
Chromatography
sebagai
pembanding/menguji
kemurnian
hasil
pemisahan kerosin dalam air
4.
Coulter LS100 sebagai pembanding/menguji hasil kemurnian.
Ilustrasi gambar peralatan dapat dilihat seperti pada gambar 3.1.
1
2
5
3
4
7
6
Gambar 3.1 Skematik dari Peralatan Penelitian
Ket :
1. Neraca analitik (analytical balance)
PW 254
2. Benang penggantung batang
3. Batang logam (weighing bar)
4.
5.
6.
7.
Gelas ukur (measuring glass cylinder)
Fasa kontinu
Ruangan insulasi (insulation vessel)
Fasa terdispersi
16
Universitas Sumatera Utara
3.3
RANCANGAN PENELITIAN
Material sampel yang diteliti adalah campuran air dalam kerosin. Batang
yang digunakan terbuat dari aluminium dengan bentuk silinder dan memiliki
panjang 210 mm dan densitas : 2.70×103 kg/m3. Tabung yang digunakan memiliki
diameter 60 dan 65 mm. Rancangan percobaan dapat dilihat pada Tabel 3.1 berikut.
Tabel 3.1 Tabel Rancangan Percobaan
Diameter Batang
Air : Kerosin
99%: 1% (A)
98%: 2% (B)
97% : 3% (C)
96% : 4% (D)
95% : 5% (E)
Jumlah Run
5 mm
(1)
A1
B1
C1
D1
E1
5
10 mm
(2)
A2
B2
C2
D2
E2
5
15 mm
(3)
A3
B3
C3
D3
E3
5
20 mm
(4)
A4
B4
C4
D4
E4
5
Diameter
Tangki
6 cm 6,5 cm
(X)
(Y)
A3X
A3Y
1
1
Jumlah
6
4
4
4
4
22
Perlakuan penelitian dilakukan dengan mencampurkan kerosin ke dalam air
pada suhu 298 K (suhu kamar) sehingga terbentuk dua lapisan sesuai dengan
perbandingan konsentrasi tersebut di atas. Pada penelitian ini mengukur lama
pemisahan antara kerosin dengan air, dimana pada pemisahan ini terbentuk 2 lapisan,
yaitu lapisan atas (kerosin) dan lapisan bawah (air), kemudian digunakan Metode
Pengapungan Batang untuk menentukan lamanya pemisahan dan mengkaji DSD.
Suhu ruangan dan suhu cairan adalah 298 K (suhu kamar). Semua campuran diaduk
sebelum dilakukan pengukuran. Lama pengukuran maksimal selama 1 jam dan data
direkam setiap interval 1 detik. Pada penelitian ini, DSD diukur berdasarkan
persamaan Stokes dan persamaan Allen, sedangkan untuk mengetahui kemurnian
dari air dan kerosin diuji dengan menggunakan gas chromatography.
Untuk menyiapkan suspensi, 1000 ml campuran dimasukkan ke dalam gelas
ukur. Dengan mengunakan tali/benang yang sangat ringan, batang digantung dari
bawah neraca analitik. Setelah diaduk dengan pengaduk khusus, batang dimasukkan
ke dalam suspensi, dan dicatat sebagai t = 0 detik. Hal ini berlangsung maksimal
selama 1 jam. Setelah pengukuran selesai, distribusi ukuran partikel diukur
berdasarkan teori pada Bab II.
17
Universitas Sumatera Utara
3.4
FLOWCHART PENELITIAN
Mulai
Air dan kerosin sebanyak 1L dengan perbandingan 99% : 1%
(v/v) dimasukan ke dalam gelas ukur, kemudian diaduk
Gelas ukur dimasukkan ke dalam rangkaian
peralatan
Waktu dan massa dicatat hingga massa
konstan
Dihitung waktu terpisahnya air dan
kerosin
Dihitung DSD dari pemisahan air di
dalam kerosin
Diameter batang dan
diameter tabung yang
lain ?
Ya
Tidak
Perbandingan
konsentrasi air dan
kerosin yang lain ?
Ya
Tidak
Selesai
Gambar 3.2 Flowchart Penelitian Metode Pengapungan Batang
18
Universitas Sumatera Utara
BAB IV
PEMBAHASAN
4.4
APLIKASI METODE PENGAPUNGAN BATANG TERHADAP
WAKTU PEMISAHAN DENGAN PENGARUH DIAMETER BATANG
Pada penelitian ini, aplikasi metode pengapungan batang terhadap waktu
pemisahan dilakukan pada perbandingan konsentrasi antara air dengan kerosin
sebesar 99% : 1%; 98% : 2%; 97% : 3%; 96% : 4% dan 95% : 5% yang divariasikan
dengan diameter ukuran batang.
4.1.1 Pengaruh Diameter Batang Pada Konsentrasi 99% Air : 1% Kerosin
Gambar 4.1 menunjukkan grafik pengaruh waktu pemisahan terhadap massa
batang untuk diameter batang 5 mm, 10 mm, 15 mm dan 20 mm dengan rasio
perbandingan konsentrasi 99% air : 1% kerosin. Pada gambar berikut dapat dilihat
bahwa pada diameter batang 20 mm massa batang terus menurun cepat mulai detik
ke-0 hingga detik ke-118 dan massa batang mulai menurun secara perlahan hingga
konstan sampai detik ke-595. Pada detik ke-595 massa batang sudah konstan yang
menunjukkan bahwa kerosin dan air sudah terpisah. Pada diameter batang 15 mm
massa batang terus menurun cepat mulai detik ke-0 hingga detik ke-100 dan massa
batang mulai menurun secara perlahan hingga konstan sampai detik ke-680. Pada
detik ke-680 massa batang sudah konstan yang menunjukkan bahwa kerosin dan air
sudah terpisah. Pada diameter batang 10 mm massa batang terus menurun cepat
mulai detik ke-0 hingga detik ke-91 dan massa batang mulai menurun secara
perlahan hingga konstan sampai detik ke-624. Pada detik ke-624 massa batang sudah
konstan yang menunjukkan bahwa kerosin dan air sudah terpisah. Pada diameter
batang 5 mm massa batang terus menurun cepat mulai detik ke-0 hingga detik ke-74
dan massa batang mulai menurun secara perlahan hingga konstan sampai detik ke678. Pada detik ke-678 massa batang sudah konstan yang menunjukkan bahwa
kerosin dan air sudah terpisah.
19
Universitas Sumatera Utara
Massa Batang (x 10-6 kg)
Konsentrasi 99 % Air : 1 % Kerosin
Waktu (detik)
Gambar 4.1 Grafik Pengaruh Massa Batang Terhadap Waktu Pada Konsentrasi
99% Air : 1% Kerosin dengan Pengaruh Diameter Batang
Pada awal proses, gelembung yang berukuran besar akan mengapung
terlebih dahulu sehingga penurunan massa batang yang terjadi cukup besar.
Semakin lama waktu, maka penurunan massa batang mulai berkurang hingga
semua gelembung mengapung dan massa batang menjadi konstan [14]. Untuk
mengetahui kerosin dan air sudah terpisah dengan sempurna digunakan metode Gas
Chromatography. Sampel yang diambil untuk menguji kadar air adalah sampel pada
detik ke-100 dan detik ke-680. Pada detik ke-100 massa batang sudah mulai konstan
menandakan bahwa kerosin dan air sudah terpisah tetapi belum sempurna dengan
kadar air sebesar 94,9496%. Namun, massa batang tersebut masih tetap meningkat
20
Universitas Sumatera Utara
secara perlahan sampai detik ke-680 dengan kadar air didapat 97,1326% dari kadar
awal air sebesar sebesar 100%. Hal ini terjadi karena neraca analitik yang digunakan
pada penelitian ini memiliki ketelitian hanya 0,0001 (4 desimal), sehingga batang
menjadi konstan dengan waktu yang singkat.
Pada pemisahan minyak dalam air, jika dibandingkan pemisahan dengan
menggunakan batang ataupun pemisahan tanpa batang terdapat perbedaan waktu
pemisahan yang kecil. Hal ini dikarenakan adanya wall effect yang menyebabkan
adanya perbedaan waktu pemisahan.
Pada dasarnya, kadar kerosin untuk detik ke-100 dan detik ke-680 adalah
sama untuk semua variasi ukuran diameter batang, namun pada penelitian ini hanya
pada batang 15 mm yang sudah mulai konstan pada detik ke-100 hingga detik ke680. Sementara pada diameter ukuran batang 5 mm, 10 mm dan 20 mm masih
mengalami penurunan hingga akhirnya konstan. Hal ini menunjukkan bahwa, batang
dengan ukuran diameter 15 mm mampu mendeteksi perpindahan gelembung
dibandingkan dengan diameter ukuran batang lainnya.
4.1.2 Pengaruh Diameter Batang Pada Konsentrasi 98% Air : 2% Kerosin
Gambar 4.2 menunjukkan grafik pengaruh waktu pemisahan terhadap massa
batang untuk diameter batang 5 mm, 10 mm, 15 mm dan 20 mm dengan rasio
perbandingan konsentrasi 98% air : 2% kerosin. Pada gambar 4.2 menunjukkan
bahwa pada diameter batang 20 mm massa batang terus menurun cepat mulai detik
ke-0 hingga detik ke-148 dan massa batang mulai menurun secara perlahan hingga
konstan sampai detik ke-575. Pada detik ke-575 massa batang sudah konstan yang
menunjukkan bahwa kerosin dan air sudah terpisah. Pada diameter batang 15 mm
massa batang terus menurun cepat mulai detik ke-0 hingga detik ke-146 dan massa
batang mulai menurun secara perlahan hingga konstan sampai detik ke-597. Pada
detik ke-597 massa batang sudah konstan yang menunjukkan bahwa kerosin dan air
sudah terpisah. Pada diameter batang 10 mm massa batang terus menurun cepat
mulai detik ke-0 hingga detik ke-106 dan massa batang mulai menurun secara
perlahan hingga konstan sampai detik ke-520. Pada detik ke-520 massa batang sudah
konstan yang menunjukkan bahwa kerosin dan air sudah terpisah. Pada diameter
batang 5 mm massa batang terus menurun cepat mulai detik ke-0 hingga detik ke-105
21
Universitas Sumatera Utara
dan massa batang mulai menurun secara perlahan hingga konstan sampai detik ke505. Pada detik ke-505 massa batang sudah konstan yang menunjukkan bahwa
kerosin dan air sudah terpisah.
Pada pemisahan minyak dalam air, jika dibandingkan pemisahan dengan
menggunakan batang ataupun pemisahan tanpa batang terdapat perbedaan waktu
pemisahan yang kecil. Hal ini dikarenakan adanya wall effect yang menyebabkan
adanya perbedaan waktu pemisahan.
Massa Batang (x 10-6 kg)
Konsentrasi 98 % Air : 2 % Kerosin
Waktu (detik)
Gambar 4.2 Grafik Pengaruh Massa Batang Terhadap Waktu Pada Konsentrasi
98% Air : 2% Kerosin dengan Pengaruh Diameter Batang
22
Universitas Sumatera Utara
Pada penelitian ini, massa batang menjadi konstan dalam waktu yang singkat.
Massa batang yang konstan menandakan bahwa kerosin dan air sudah terpisah
namun belum sempurna. Hal ini terjadi karena, neraca analitik yang digunakan hanya
memiliki ketelitian 0,0001 (4 desimal). Pada awal proses, gelembung
yang
berukuran akan mengapung terlebih dahulu sehingga penurunan massa batang
yang terjadi cukup besar. Semakin lama waktu, maka penurunan massa batang
mulai berkurang hingga semua gelembung mengapung dan massa batang menjadi
konstan [14].
4.1.3 Pengaruh Diameter Batang Pada Konsentrasi 97% Air : 3% Kerosin
Gambar 4.3 menunjukkan grafik pengaruh waktu pemisahan terhadap massa
batang untuk diameter batang 5 mm, 10 mm, 15 mm dan 20 mm dengan rasio
perbandingan konsentrasi 97% air : 3% kerosin. Pada awal proses, gelembung
yang berukuran besar
akan mengapung terlebih dahulu sehingga penurunan
massa batang yang terjadi cukup besar. Semakin lama waktu, maka penurunan
massa batang mulai berkurang hingga semua gelembung mengapung dan massa
batang menjadi konstan [14].
Pada gambar 4.3 dapat dilihat bahwa pada diameter batang 20 mm massa
batang terus menurun cepat mulai detik ke-0 hingga detik ke-164 dan massa batang
mulai menurun secara perlahan hingga konstan sampai detik ke-970. Pada detik ke970 massa batang sudah konstan yang menunjukkan bahwa kerosin dan air sudah
terpisah. Pada diameter batang 15 mm massa batang terus menurun cepat mulai detik
ke-0 hingga detik ke-157 dan massa batang mulai menurun secara perlahan hingga
konstan sampai detik ke-560. Pada detik ke-560 massa batang sudah konstan yang
menunjukkan bahwa kerosin dan air sudah terpisah. Pada diameter batang 10 mm
massa batang terus menurun cepat mulai detik ke-0 hingga detik ke-122 dan massa
batang mulai menurun secara perlahan hingga konstan sampai detik ke-668. Pada
detik ke-668 massa batang sudah konstan yang menunjukkan bahwa kerosin dan air
sudah terpisah. Pada diameter batang 5 mm massa batang terus menurun cepat mulai
detik ke-0 hingga detik ke-119 dan massa batang mulai menurun secara perlahan
hingga konstan sampai detik ke-796. Pada detik ke-796 massa batang sudah konstan
yang menunjukkan bahwa kerosin dan air sudah terpisah.
23
Universitas Sumatera Utara
Massa Batang (x 10-6 kg)
Konsentrasi 97 % Air : 3 % Kerosin
Waktu (detik)
Gambar 4.3 Grafik Pengaruh Massa Batang Terhadap Waktu Pada Konsentrasi
97% Air : 3% Kerosin dengan Pengaruh Diameter Batang
Pada pemisahan minyak dalam air, jika dibandingkan pemisahan dengan
menggunakan batang ataupun pemisahan tanpa batang terdapat perbedaan waktu
pemisahan yang kecil. Hal ini dikarenakan adanya wall effect yang menyebabkan
adanya perbedaan waktu pemisahan. Pada penelitian ini, massa batang menjadi
24
Universitas Sumatera Utara
singkat dalam waktu yang singkat. Massa batang yang konstan menandakan bahwa
kerosin dan air sudah terpisah namun belum sempurna. Hal ini terjadi karena, neraca
analitik yang digunakan hanya memiliki ketelitian 0,0001 (4 desimal).
4.1.4 Pengaruh Diameter Batang Pada Konsentrasi 96% Air : 4% Kerosin
Gambar 4.4 menunjukkan grafik pengaruh waktu pemisahan terhadap massa
batang untuk diameter batang 5 mm, 10 mm, 15 mm dan 20 mm dengan rasio
perbandingan konsentrasi 96% air : 4% kerosin. Pada awal proses, gelembung
yang berukuran besar lebih dulu mengapung sehingga penurunan massa batang
yang terjadi cukup besar. Semakin lama waktu, maka penurunan massa batang
mulai berkurang hingga semua gelembung mengapung dan massa batang menjadi
konstan [14].
Pada gambar 4.4 menunjukkan bahwa pada diameter batang 20 mm massa
batang terus menurun cepat mulai detik ke-0 hingga detik ke-175 dan massa batang
mulai menurun secara perlahan hingga konstan sampai detik ke-975. Pada detik ke975 massa batang sudah konstan yang menunjukkan bahwa kerosin dan air sudah
terpisah. Pada diameter batang 15 mm massa batang terus menurun cepat mulai detik
ke-0 hingga detik ke-164 dan massa batang mulai menurun secara perlahan hingga
konstan sampai detik ke-870. Pada detik ke-870 massa batang sudah konstan yang
menunjukkan bahwa kerosin dan air sudah terpisah. Pada diameter batang 10 mm
massa batang terus menurun cepat mulai detik ke-0 hingga detik ke-135 dan massa
batang mulai menurun secara perlahan hingga konstan sampai detik ke-968. Pada
detik ke-968 massa batang sudah konstan yang menunjukkan bahwa kerosin dan air
sudah terpisah. Pada diameter batang 5 mm massa batang terus menurun cepat mulai
detik ke-0 hingga detik ke-125 dan massa batang mulai menurun secara perlahan
hingga konstan sampai detik ke-781. Pada detik ke-781 massa batang sudah konstan
yang menunjukkan bahwa kerosin dan air sudah terpisah.
25
Universitas Sumatera Utara
Massa Batang (x 10-6 kg)
Konsentrasi 96 % Air : 4 % Kerosin
Waktu (detik)
Gambar 4.4 Grafik Pengaruh Massa Batang Terhadap Waktu Pada Konsentrasi
96% Air : 4% Kerosin dengan Pengaruh Diameter Batang
Pada pemisahan minyak dalam air, jika dibandingkan pemisahan dengan
menggunakan batang ataupun pemisahan tanpa batang terdapat perbedaan waktu
pemisahan yang kecil. Hal ini dikarenakan adanya wall effect yang menyebabkan
adanya perbedaan waktu pemisahan. Pada penelitian ini, massa batang menjadi
singkat dalam waktu yang singkat. Massa batang yang konstan menandakan bahwa
kerosin dan air sudah terpisah namun belum sempurna. Hal ini terjadi karena, neraca
analitik yang digunakan hanya memiliki ketelitian 0,0001 (4 desimal).
26
Universitas Sumatera Utara
4.1.5 Pengaruh Diameter Batang Pada Konsentrasi 95% Air : 5% Kerosin
Gambar 4.5 menunjukkan grafik pengaruh waktu pemisahan terhadap massa
batang untuk diameter batang 5 mm, 10 mm, 15 mm dan 20 mm dengan rasio
perbandingan konsentrasi 95% air : 5% kerosin. Pada awal proses, gelembung
yang berukuran besar lebih dulu mengapung sehingga kenaikan massa batang
yang terjadi cukup besar. Semakin lama waktu, maka kenaikan massa batang
mulai menjadi berkurang sampai tidak ada lagi perubahan atau massa batang
menjadi konstan [14].
Massa Batang (x 10-6 kg)
Konsentrasi 95 % Air : 5 %
Waktu (detik)
Gambar 4.5 Grafik Pengaruh Massa Batang Terhadap Waktu Pada Konsentrasi
95% Air : 5% Kerosin dengan Pengaruh Diameter Batang
27
Universitas Sumatera Utara
Pada gambar 4.5 dapat dilihat bahwa pada diameter batang 20 mm massa
batang terus menurun cepat mulai detik ke-0 hingga detik ke-317 dan massa batang
mulai menurun secara perlahan hingga konstan sampai detik ke-1260. Pada detik ke1260 massa batang sudah konstan yang menunjukkan bahwa kerosin dan air sudah
terpisah. Pada diameter batang 15 mm massa batang terus menurun cepat mulai detik
ke-0 hingga detik ke-245 dan massa batang mulai menurun secara perlahan hingga
konstan sampai detik ke-880. Pada detik ke-880 massa batang sudah konstan yang
menunjukkan bahwa kerosin dan air sudah terpisah. Pada diameter batang 10 mm
massa batang terus menurun cepat mulai detik ke-0 hingga detik ke-181 dan massa
batang mulai menurun secara perlahan hingga konstan sampai detik ke-812. Pada
detik ke-812 massa batang sudah konstan yang menunjukkan bahwa kerosin dan air
sudah terpisah. Pada diameter batang 5 mm massa batang terus menurun cepat mulai
detik ke-0 hingga detik ke-143 dan massa batang mulai menurun secara perlahan
hingga konstan sampai detik ke-900. Pada detik ke-900 massa batang sudah konstan
yang menunjukkan bahwa kerosin dan air sudah terpisah.
Pada pemisahan minyak dalam air, jika dibandingkan pemisahan dengan
menggunakan batang ataupun pemisahan tanpa batang terdapat perbedaan waktu
pemisahan yang kecil. Hal ini dikarenakan adanya wall effect yang menyebabkan
adanya perbedaan waktu pemisahan. Pada penelitian ini, massa batang menjadi
singkat dalam waktu yang singkat. Massa batang yang konstan menandakan bahwa
kerosin dan air sudah terpisah namun belum sempurna. Hal ini terjadi karena, neraca
analitik yang digunakan hanya memiliki ketelitian 0,0001 (4 desimal).
4.5
APLIKASI METODE PENGAPUNGAN BATANG TERHADAP
ESTIMASI DISTRIBUSI UKURAN GELEMBUNG DENGAN
PENGARUH UKURAN DIAMETER BATANG
Pada penelitian ini, estimasi distribusi ukuran gelembung dilakukan pada
perbandingan konsentrasi antara air dengan kerosin sebesar 99% : 1%; 98% : 2% dan
95 % : 5% yang divariasikan dengan ukuran diameter batang.
4.2.1 Estimasi Ukuran Gelembung Pada Perbandingan Konsentrasi 99% Air :
1% Kerosin dengan Pengaruh Ukuran Diameter Batang
Gambar 4.6 berikut memberikan grafik distribusi ukuran gelembung dengan
perbandingan massa batang terhadap waktu dengan rasio konsentrasi 99% air : 1%
28
Universitas Sumatera Utara
kerosin, dimana hasil data yang diperoleh diolah menggunakan perhitungan dengan
metode hukum Stokes dan metode Allen dan dibandingkan dengan metode Coulter
Counter.
(a)
(b)
Gambar 4.6 Grafik Distribusi Ukuran Gelembung dengan Perbandingan Konsentrasi
99% Air : 1% Kerosin dengan (a) Metode Hukum Stokes dan (b) Metode Allen
Gambar (a) menunjukkan distribusi ukuran gelembung yang diperoleh dari
perhitungan dengan metode Stokes, dimana dapat dilihat bahwa rentang distribusi
ukuran gelembung dengan perhitungan metode Stokes tidak sebanding dengan
metode Coulter Counter. Gambar (b) menunjukkan distribusi ukuran gelembung
yang diperoleh dari perhitungan dengan menggunakan metode Allen. Pada grafik
tersebut dapat dilihat bahwa perhitungan dengan menggunakan metode Allen
mendekati dengan hasil yang diperoleh pada metode Coulter Counter, hal ini
dikarenakan gelembung yang dihasilkan oleh rasio konsentrasi 99 % air : 1 %
kerosin memiliki Bilangan Reynold dengan rentang yang berada pada aliran Allen,
yaitu Re = 0,2 – 500. Jadi dapat disimpulkan bahwa metode Allen lebih sesuai
dibandingkan dengan metode Stokes dalam mengukur ukuran distribusi gelembung.
Percobaan ini menggunakan variasi ukuran diameter batang, untuk
mengetahui ukuran diameter batang yang paling tepat dalam mengukur distribusi
ukuran gelembung. Dari hasil perhitungan dengan menggunakan metode Allen,
distribusi ukuran gelembung pada diameter batang 10 mm dan 15 mm lebih
29
Universitas Sumatera Utara
mendekati hasil dari metode Coulter Counter dibandingkan dengan diameter 5 mm
dan 20 mm. Jadi, dapat disimpulkan bahwa Metode Pengapungan Batang ini dapat
digunakan untuk memberikan distribusi ukuran gelembung. Tabel 4.1 menunjukkan
hasil ukuran gelembung yang didapat dari persamaan Allen dan Stokes dengan
ukuran diameter batang yang digunakan.
Tabel 4.1 Ukuran Diameter Batang dan Ukuran Gelembung pada Konsentrasi 99 %
Air : 1 % Kerosin
Ukuran Diameter
Batang (mm)
20
Stokes
Ukuran Gelembung (µm)
554,2 – 55,7
Allen
Ukuran Gelembung (µm)
861,5 – 8,7
15
554,2 – 52,6
861,5 – 7,8
10
554,2 – 54,4
861,5 – 8,3
5
554,2 – 51,9
861,5 – 7,6
4.2.2 Estimasi Ukuran Gelembung Pada Perbandingan Konsentrasi 98% Air :
2% Kerosin dengan Pengaruh Ukuran Diameter Batang
Gambar 4.7 berikut memberikan grafik distribusi ukuran gelembung dengan
perbandingan massa batang terhadap waktu dengan rasio konsentrasi 98% air : 2%
kerosin, dimana hasil data yang diperoleh diolah menggunakan perhitungan dengan
metode hukum Stokes dan metode Allen dan dibandingkan dengan metode Coulter
Counter. Gambar (a) menunjukkan distribusi ukuran gelembung yang diperoleh dari
perhitungan dengan metode Stokes, dimana dapat dilihat bahwa rentang distribusi
ukuran gelembung dengan perhitungan metode Stokes tidak sebanding dengan
metode Coulter Counter. Gambar (b) menunjukkan distribusi ukuran gelembung
yang diperoleh dari perhitungan dengan menggunakan metode Allen. Pada grafik
tersebut dapat dilihat bahwa perhitungan dengan menggunakan metode Allen lebih
mendekati dengan hasil yang diperoleh pada metode Coulter Counter, hal ini
dikarenakan gelembung yang dihasilkan oleh rasio konsentrasi 98 % air : 2 %
kerosin memiliki Bilangan Reynold dengan rentang yang berada pada pada aliran
Alle
n, yaitu Re = 0,2 – 500. Jadi dapat disimpulkan bahwa metode Allen lebih
sesuai dibandingkan dengan metode Stokes dalam mengukur ukuran distribusi
gelembung.
30
Universitas Sumatera Utara
(a)
(b)
Gambar 4.7 Grafik Distribusi Ukuran Gelembung dengan Perbandingan Konsentrasi
98% Air: 2% Kerosin dengan (a) Metode Hukum Stokes dan (b) Metode Allen
Percobaan ini menggunakan variasi ukuran diameter batang, untuk
mengetahui ukuran diameter batang yang paling tepat dalam mengukur distribusi
ukuran gelembung. Dari hasil perhitungan dengan menggunakan metode Allen,
distribusi ukuran gelembung pada diameter batang 15 mm lebih mendekati hasil dari
metode Coulter Counter dibandingkan dengan diameter 5 mm, 10 mm dan 20 mm.
Jadi, dapat disimpulkan bahwa Metode Pengapungan Batang ini dapat digunakan
untuk memberikan distribusi ukuran gelembung. Tabel 4.2 menunjukkan hasil
ukuran gelembung yang didapat dari persamaan Allen dan Stokes dengan ukuran
diameter batang yang digunakan.
Tabel 4.2 Ukuran Diameter Batang dan Ukuran Gelembung pada Konsentrasi 98 %
Air : 2 % Kerosin
Allen
Ukuran Diameter
Stokes
Batang (mm)
Ukuran Gelembung
Ukuran Gelembung
(µm)
(µm)
20
554,2 – 38,3
861,5 – 9,01
15
554,2 – 55,6
861,5 – 8,7
10
554,2 – 45,8
861,5 – 9,9
5
554,2 – 38,3
861,5 – 10,5
31
Universitas Sumatera Utara
4.2.3 Estimasi Ukuran Gelembung Pada Perbandingan Konsentrasi 95% Air :
5% Kerosin dengan Pengaruh Ukuran Diameter Batang
Gambar 4.8 berikut memberikan grafik distribusi ukuran gelembung dengan
perbandingan massa batang terhadap waktu dengan rasio konsentrasi 95% air : 5%
kerosin, dimana hasil data yang diperoleh diolah menggunakan perhitungan dengan
metode hukum Stokes dan metode Allen dan dibandingkan dengan metode Coulter
Counter.
(b)
(a)
Gambar 4.8 Grafik Distribusi Ukuran Gelembung dengan Perbandingan Konsentrasi
95% Air: 5% Kerosin dengan (a) Metode Hukum Stokes dan (b) Metode Allen
Gambar (a) menunjukkan distribusi ukuran gelembung yang diperoleh dari
perhitungan dengan metode Stokes, dimana dapat dilihat bahwa rentang distribusi
ukuran gelembung dengan perhitungan metode Stokes tidak sebanding dengan
metode Coulter Counter. Gambar (b) menunjukkan distribusi ukuran gelembung
yang diperoleh dari perhitungan dengan menggunakan metode Allen. Pada grafik
tersebut dapat dilihat bahwa perhitungan dengan menggunakan metode Allen lebih
mendekati dengan hasil yang diperoleh pada metode Coulter Counter, hal ini
dikarenakan gelembung yang dihasilkan oleh rasio konsentrasi 95% air : 5% kerosin
memiliki Bilangan Reynold dengan rentang yang berada pada pada aliran Allen,
yaitu Re = 0,2 – 500. Jadi dapat disimpulkan bahwa metode Allen lebih sesuai
dibandingkan dengan metode Stokes dalam mengukur ukuran distribusi gelembung.
Percobaan ini menggunakan variasi ukuran diameter batang, untuk
mengetahui ukuran diameter batang yang paling tepat dalam mengukur distribusi
32
Universitas Sumatera Utara
ukuran gelembung. Dari hasil perhitungan dengan menggunakan metode Allen,
distribusi ukuran gelembung pada diameter batang 10 mm
dan 15 mm lebih
mendekati hasil dari metode Coulter Counter dibandingkan dengan diameter 5 mm
dan 20 mm. Jadi, dapat disimpulkan bahwa Metode Pengapungan Batang ini dapat
digunakan untuk memberikan distribusi ukuran gelembung. Tabel 4.3 menunjukkan
hasil ukuran gelembung yang didapat dari persamaan Allen dan Stokes dengan
ukuran diameter batang yang digunakan.
Tabel 4.3 Ukuran Diameter Batang dan Ukuran Gelembung pada Konsentrasi 95 %
Air : 5 % Kerosin
Ukuran Diameter
Stokes
Allen
Batang (mm)
Ukuran Gelembung (µm) Ukuran Gelembung (µm)
20
554,2 – 38,3
861,5 – 4,1
15
554,2 – 45,8
861,5 – 5,9
10
554,2 – 47,7
861,5 – 6,4
5
554,2 – 45,3
861,5 – 5,7
4.3 APLIKASI METODE PENGAPUNGAN BATANG TERHADAP
ESTIMASI
DISTRIBUSI
UKURAN
GELEMBUNG
DENGAN
PENGARUH UKURAN DIAMETER TANGKI
Pada gambar 4.9 menunjukkan grafik antara ukuran gelembung dengan
kumulatif massa undersize, dengan Metode Coulter Counter dan Metode
Pengapungan Batang. Penelitian ini menggunakan Metode Coulter Counter sebagai
perbandingan untuk mengetahui keakuratan metode pengapungan batang dan
menggunakan variasi ukuran diameter tangki, untuk mengetahui pengaruh ukuran
diameter tangki terhadap distribusi ukuran gelembung dan untuk mengetahui ukuran
diameter tangki yang paling tepat dalam mengukur distribusi ukuran gelembung.
Ukuran diameter batang yang digunakan dalam penelitian ini adalah batang dengan
ukuran diameter sebesar 15 mm dan tangki yang digunakan dalam penelitian ini
adalah sebesar 6 cm dengan tinggi 40 cm dan 6,5 cm dengan tinggi 35 cm.
33
Universitas Sumatera Utara
99% Air : 1% Kerosin
Cumulative mass undersize (%)
1.0
0.9
0.8
Diameter batang = 15 mm
0.7
Coulter LS 100
0.6
0.5
Tangki diameter 6,5 cm
0.4
Tangki diameter 6 cm
0.3
0.2
0.1
0.0
0
200
400
600
Droplet size (µm)
800
1000
Gambar 4.9 Grafik Distribusi Ukuran Gelembung dengan Perbandingan
Konsentrasi 99% Air : 1% Kerosin dengan Pengaruh Diameter Tangki
Hasil yang diperoleh dari Metode Pengapungan Batang dengan pengaruh
ukuran diameter tangki menunjukkan bahwa rentang hasilnya sebanding dengan hasil
yang diperoleh dengan Metode Coulter Counter. Namun, hasil percobaan yang
menggunakan ukuran diameter tangki 6,5 cm lebih mendekati daripada ukuran
diameter tangki 6 cm. Hal ini dipengaruhi oleh rasio luas penampang, dimana rasio
luas penampang dapat dihitung dengan persamaan berikut :
,
=
! " #
! #
$
%!
Distribusi ukuran gelembung dapat diukur dengan menggunakan metode
pengapungan batang ketika rasio a/ac adalah 0,02 – 0,2. Ukuran gelembung
meningkat ketika rasio a/ac lebih dari 0,2; hal ini disebabkan dengan adanya wall
effect. Wall effect akan memperlambat kecepatan perpindahan dari gelembung.
Kecepatan dari perpindahan gelembung dipengaruhi oleh wall effect, ketika rasio
perbandingan lebih dari 0,2 [15]. Dimana hasil dari perhitungan a/ac untuk diameter
tabung 6,5 cm dengan diameter batang 15 mm sebesar 0,199921. Pada diameter
tabung 6 cm dengan diameter batang 15 mm diperoleh rasio a/ac sebesar 0,212879.
Oleh karena itu, perbandingan ukuran diameter tabung 6,5 cm dengan diameter batan
34
Universitas Sumatera Utara
15 mm lebih cocok dengan metode pembanding yaitu metode coulter counter. Pada
diameter tabung 6 cm dengan diameter batang 15 mm dipengaruhi oleh wall effect
karena rasio a/ac yang diperoleh lebih dari 0,2. Jadi, dapat disimpulkan bahwa
Metode Pengapungan Batang tidak dapat mengukur distribusi ukuran gelembung
menggunakan diameter batang yang besar dengan diameter tangki yang kecil. Tabel
4.6 menunjukkan hasil ukuran gelembung yang didapat dari persamaan Stokes
dengan ukuran diameter tangki yang digunakan.
Tabel 4.6 Ukuran Diameter Tangki dan Ukuran Gelembung
Diameter Tangki (cm)
Ukuran Gelembung (µm)
6
861,5 – 12,4
6,5
861,5 – 7,8
35
Universitas Sumatera Utara
BAB V
KESIMPULAN DAN SARAN
5.1
KESIMPULAN
Kesimpulan yang dapat di ambil dari penelitian yang telah di lakukan adalah:
1. Metode Pengapungan Batang dapat digunakan untuk menentukan waktu
pemisahaan air-kerosin pada rasio konsentrasi 99% : 1% dengan
menggunakan diameter batang 15 cm. Kemurnian kerosin yang dihasilkan
pada detik ke-106 sebesar 94,9496 % dan pada detik ke-676 didapat
97,1326 % dari kadar awal kerosin sebesar sebesar 100%.
2. Metode pengapungan batang dapat mengukur distribusi ukuran gelembung
dan hasilnya sebanding dengan metode coulter counter.
3. Metode pengapungan batang tidak dapat mengukur distribusi ukuran
gelembung menggunakan diameter batang yang besar dengan diameter
tangki yang kecil.
5.2
SARAN
Saran yang dapat di ambil dari penelitian yang telah di lakukan adalah:
1.
Sebaiknya digunakan metode pembanding lain seperti metode karl fischer
untuk melakukan pengujian kemurnian air agar hasil metode Pengapungan
Batang semakin diketahui keakuratannya.
2.
Sebaiknya digunakan metode pembanding yang lebih banyak seperti
metode laser diffraction/scattering dan metode microscopy untuk
melakukan pengujian distribusi ukuran gelembung agar hasil Metode
Pengapungan Batang semakin diketahui keakuratannya.
3.
Sebaiknya digunakan personal komputer untuk mencatat data agar
mendapatkan data yang lebih teliti.
4.
Sebaiknya digunakan neraca analitik dengan ketelitian 0,00001 agar hasil
metode Pengapungan Batang semakin diketahui keakuratannya.
5.
Sebaiknya dicoba variasi konsentrasi dengan presentase kerosin lebih dari
5%, seperti 7 % dan 10 %.
35
Universitas Sumatera Utara
METODOLOGI PENELITIAN
Penelitian ini dilaksanakan di Laboratorium Penelitian, Departemen Teknik
Kimia, Fakultas Teknik, Universitas Sumatera Utara. Penelitian ini dilaksanakan
selama 6 bulan. Pada penelitian ini mengkaji kecepatan pemisahan kerosin dalam air,
sekaligus untuk menentukan DSD dari kerosin dalam air.
3.1
BAHAN YANG DIGUNAKAN
1.
Kerosin (ρ = 0,810gr/cm3)
2.
Air (ρ = 0,99708 gr/cm3)
3.2
PERALATAN YANG DIGUNAKAN
1.
Neraca analitik PW 254 dengan ketelitian 0,0001 g dengan pengait di bawah
2.
Pengaduk khusus, untuk menghomogenkan suspensi di awal percobaan
3.
Gas
Chromatography
sebagai
pembanding/menguji
kemurnian
hasil
pemisahan kerosin dalam air
4.
Coulter LS100 sebagai pembanding/menguji hasil kemurnian.
Ilustrasi gambar peralatan dapat dilihat seperti pada gambar 3.1.
1
2
5
3
4
7
6
Gambar 3.1 Skematik dari Peralatan Penelitian
Ket :
1. Neraca analitik (analytical balance)
PW 254
2. Benang penggantung batang
3. Batang logam (weighing bar)
4.
5.
6.
7.
Gelas ukur (measuring glass cylinder)
Fasa kontinu
Ruangan insulasi (insulation vessel)
Fasa terdispersi
16
Universitas Sumatera Utara
3.3
RANCANGAN PENELITIAN
Material sampel yang diteliti adalah campuran air dalam kerosin. Batang
yang digunakan terbuat dari aluminium dengan bentuk silinder dan memiliki
panjang 210 mm dan densitas : 2.70×103 kg/m3. Tabung yang digunakan memiliki
diameter 60 dan 65 mm. Rancangan percobaan dapat dilihat pada Tabel 3.1 berikut.
Tabel 3.1 Tabel Rancangan Percobaan
Diameter Batang
Air : Kerosin
99%: 1% (A)
98%: 2% (B)
97% : 3% (C)
96% : 4% (D)
95% : 5% (E)
Jumlah Run
5 mm
(1)
A1
B1
C1
D1
E1
5
10 mm
(2)
A2
B2
C2
D2
E2
5
15 mm
(3)
A3
B3
C3
D3
E3
5
20 mm
(4)
A4
B4
C4
D4
E4
5
Diameter
Tangki
6 cm 6,5 cm
(X)
(Y)
A3X
A3Y
1
1
Jumlah
6
4
4
4
4
22
Perlakuan penelitian dilakukan dengan mencampurkan kerosin ke dalam air
pada suhu 298 K (suhu kamar) sehingga terbentuk dua lapisan sesuai dengan
perbandingan konsentrasi tersebut di atas. Pada penelitian ini mengukur lama
pemisahan antara kerosin dengan air, dimana pada pemisahan ini terbentuk 2 lapisan,
yaitu lapisan atas (kerosin) dan lapisan bawah (air), kemudian digunakan Metode
Pengapungan Batang untuk menentukan lamanya pemisahan dan mengkaji DSD.
Suhu ruangan dan suhu cairan adalah 298 K (suhu kamar). Semua campuran diaduk
sebelum dilakukan pengukuran. Lama pengukuran maksimal selama 1 jam dan data
direkam setiap interval 1 detik. Pada penelitian ini, DSD diukur berdasarkan
persamaan Stokes dan persamaan Allen, sedangkan untuk mengetahui kemurnian
dari air dan kerosin diuji dengan menggunakan gas chromatography.
Untuk menyiapkan suspensi, 1000 ml campuran dimasukkan ke dalam gelas
ukur. Dengan mengunakan tali/benang yang sangat ringan, batang digantung dari
bawah neraca analitik. Setelah diaduk dengan pengaduk khusus, batang dimasukkan
ke dalam suspensi, dan dicatat sebagai t = 0 detik. Hal ini berlangsung maksimal
selama 1 jam. Setelah pengukuran selesai, distribusi ukuran partikel diukur
berdasarkan teori pada Bab II.
17
Universitas Sumatera Utara
3.4
FLOWCHART PENELITIAN
Mulai
Air dan kerosin sebanyak 1L dengan perbandingan 99% : 1%
(v/v) dimasukan ke dalam gelas ukur, kemudian diaduk
Gelas ukur dimasukkan ke dalam rangkaian
peralatan
Waktu dan massa dicatat hingga massa
konstan
Dihitung waktu terpisahnya air dan
kerosin
Dihitung DSD dari pemisahan air di
dalam kerosin
Diameter batang dan
diameter tabung yang
lain ?
Ya
Tidak
Perbandingan
konsentrasi air dan
kerosin yang lain ?
Ya
Tidak
Selesai
Gambar 3.2 Flowchart Penelitian Metode Pengapungan Batang
18
Universitas Sumatera Utara
BAB IV
PEMBAHASAN
4.4
APLIKASI METODE PENGAPUNGAN BATANG TERHADAP
WAKTU PEMISAHAN DENGAN PENGARUH DIAMETER BATANG
Pada penelitian ini, aplikasi metode pengapungan batang terhadap waktu
pemisahan dilakukan pada perbandingan konsentrasi antara air dengan kerosin
sebesar 99% : 1%; 98% : 2%; 97% : 3%; 96% : 4% dan 95% : 5% yang divariasikan
dengan diameter ukuran batang.
4.1.1 Pengaruh Diameter Batang Pada Konsentrasi 99% Air : 1% Kerosin
Gambar 4.1 menunjukkan grafik pengaruh waktu pemisahan terhadap massa
batang untuk diameter batang 5 mm, 10 mm, 15 mm dan 20 mm dengan rasio
perbandingan konsentrasi 99% air : 1% kerosin. Pada gambar berikut dapat dilihat
bahwa pada diameter batang 20 mm massa batang terus menurun cepat mulai detik
ke-0 hingga detik ke-118 dan massa batang mulai menurun secara perlahan hingga
konstan sampai detik ke-595. Pada detik ke-595 massa batang sudah konstan yang
menunjukkan bahwa kerosin dan air sudah terpisah. Pada diameter batang 15 mm
massa batang terus menurun cepat mulai detik ke-0 hingga detik ke-100 dan massa
batang mulai menurun secara perlahan hingga konstan sampai detik ke-680. Pada
detik ke-680 massa batang sudah konstan yang menunjukkan bahwa kerosin dan air
sudah terpisah. Pada diameter batang 10 mm massa batang terus menurun cepat
mulai detik ke-0 hingga detik ke-91 dan massa batang mulai menurun secara
perlahan hingga konstan sampai detik ke-624. Pada detik ke-624 massa batang sudah
konstan yang menunjukkan bahwa kerosin dan air sudah terpisah. Pada diameter
batang 5 mm massa batang terus menurun cepat mulai detik ke-0 hingga detik ke-74
dan massa batang mulai menurun secara perlahan hingga konstan sampai detik ke678. Pada detik ke-678 massa batang sudah konstan yang menunjukkan bahwa
kerosin dan air sudah terpisah.
19
Universitas Sumatera Utara
Massa Batang (x 10-6 kg)
Konsentrasi 99 % Air : 1 % Kerosin
Waktu (detik)
Gambar 4.1 Grafik Pengaruh Massa Batang Terhadap Waktu Pada Konsentrasi
99% Air : 1% Kerosin dengan Pengaruh Diameter Batang
Pada awal proses, gelembung yang berukuran besar akan mengapung
terlebih dahulu sehingga penurunan massa batang yang terjadi cukup besar.
Semakin lama waktu, maka penurunan massa batang mulai berkurang hingga
semua gelembung mengapung dan massa batang menjadi konstan [14]. Untuk
mengetahui kerosin dan air sudah terpisah dengan sempurna digunakan metode Gas
Chromatography. Sampel yang diambil untuk menguji kadar air adalah sampel pada
detik ke-100 dan detik ke-680. Pada detik ke-100 massa batang sudah mulai konstan
menandakan bahwa kerosin dan air sudah terpisah tetapi belum sempurna dengan
kadar air sebesar 94,9496%. Namun, massa batang tersebut masih tetap meningkat
20
Universitas Sumatera Utara
secara perlahan sampai detik ke-680 dengan kadar air didapat 97,1326% dari kadar
awal air sebesar sebesar 100%. Hal ini terjadi karena neraca analitik yang digunakan
pada penelitian ini memiliki ketelitian hanya 0,0001 (4 desimal), sehingga batang
menjadi konstan dengan waktu yang singkat.
Pada pemisahan minyak dalam air, jika dibandingkan pemisahan dengan
menggunakan batang ataupun pemisahan tanpa batang terdapat perbedaan waktu
pemisahan yang kecil. Hal ini dikarenakan adanya wall effect yang menyebabkan
adanya perbedaan waktu pemisahan.
Pada dasarnya, kadar kerosin untuk detik ke-100 dan detik ke-680 adalah
sama untuk semua variasi ukuran diameter batang, namun pada penelitian ini hanya
pada batang 15 mm yang sudah mulai konstan pada detik ke-100 hingga detik ke680. Sementara pada diameter ukuran batang 5 mm, 10 mm dan 20 mm masih
mengalami penurunan hingga akhirnya konstan. Hal ini menunjukkan bahwa, batang
dengan ukuran diameter 15 mm mampu mendeteksi perpindahan gelembung
dibandingkan dengan diameter ukuran batang lainnya.
4.1.2 Pengaruh Diameter Batang Pada Konsentrasi 98% Air : 2% Kerosin
Gambar 4.2 menunjukkan grafik pengaruh waktu pemisahan terhadap massa
batang untuk diameter batang 5 mm, 10 mm, 15 mm dan 20 mm dengan rasio
perbandingan konsentrasi 98% air : 2% kerosin. Pada gambar 4.2 menunjukkan
bahwa pada diameter batang 20 mm massa batang terus menurun cepat mulai detik
ke-0 hingga detik ke-148 dan massa batang mulai menurun secara perlahan hingga
konstan sampai detik ke-575. Pada detik ke-575 massa batang sudah konstan yang
menunjukkan bahwa kerosin dan air sudah terpisah. Pada diameter batang 15 mm
massa batang terus menurun cepat mulai detik ke-0 hingga detik ke-146 dan massa
batang mulai menurun secara perlahan hingga konstan sampai detik ke-597. Pada
detik ke-597 massa batang sudah konstan yang menunjukkan bahwa kerosin dan air
sudah terpisah. Pada diameter batang 10 mm massa batang terus menurun cepat
mulai detik ke-0 hingga detik ke-106 dan massa batang mulai menurun secara
perlahan hingga konstan sampai detik ke-520. Pada detik ke-520 massa batang sudah
konstan yang menunjukkan bahwa kerosin dan air sudah terpisah. Pada diameter
batang 5 mm massa batang terus menurun cepat mulai detik ke-0 hingga detik ke-105
21
Universitas Sumatera Utara
dan massa batang mulai menurun secara perlahan hingga konstan sampai detik ke505. Pada detik ke-505 massa batang sudah konstan yang menunjukkan bahwa
kerosin dan air sudah terpisah.
Pada pemisahan minyak dalam air, jika dibandingkan pemisahan dengan
menggunakan batang ataupun pemisahan tanpa batang terdapat perbedaan waktu
pemisahan yang kecil. Hal ini dikarenakan adanya wall effect yang menyebabkan
adanya perbedaan waktu pemisahan.
Massa Batang (x 10-6 kg)
Konsentrasi 98 % Air : 2 % Kerosin
Waktu (detik)
Gambar 4.2 Grafik Pengaruh Massa Batang Terhadap Waktu Pada Konsentrasi
98% Air : 2% Kerosin dengan Pengaruh Diameter Batang
22
Universitas Sumatera Utara
Pada penelitian ini, massa batang menjadi konstan dalam waktu yang singkat.
Massa batang yang konstan menandakan bahwa kerosin dan air sudah terpisah
namun belum sempurna. Hal ini terjadi karena, neraca analitik yang digunakan hanya
memiliki ketelitian 0,0001 (4 desimal). Pada awal proses, gelembung
yang
berukuran akan mengapung terlebih dahulu sehingga penurunan massa batang
yang terjadi cukup besar. Semakin lama waktu, maka penurunan massa batang
mulai berkurang hingga semua gelembung mengapung dan massa batang menjadi
konstan [14].
4.1.3 Pengaruh Diameter Batang Pada Konsentrasi 97% Air : 3% Kerosin
Gambar 4.3 menunjukkan grafik pengaruh waktu pemisahan terhadap massa
batang untuk diameter batang 5 mm, 10 mm, 15 mm dan 20 mm dengan rasio
perbandingan konsentrasi 97% air : 3% kerosin. Pada awal proses, gelembung
yang berukuran besar
akan mengapung terlebih dahulu sehingga penurunan
massa batang yang terjadi cukup besar. Semakin lama waktu, maka penurunan
massa batang mulai berkurang hingga semua gelembung mengapung dan massa
batang menjadi konstan [14].
Pada gambar 4.3 dapat dilihat bahwa pada diameter batang 20 mm massa
batang terus menurun cepat mulai detik ke-0 hingga detik ke-164 dan massa batang
mulai menurun secara perlahan hingga konstan sampai detik ke-970. Pada detik ke970 massa batang sudah konstan yang menunjukkan bahwa kerosin dan air sudah
terpisah. Pada diameter batang 15 mm massa batang terus menurun cepat mulai detik
ke-0 hingga detik ke-157 dan massa batang mulai menurun secara perlahan hingga
konstan sampai detik ke-560. Pada detik ke-560 massa batang sudah konstan yang
menunjukkan bahwa kerosin dan air sudah terpisah. Pada diameter batang 10 mm
massa batang terus menurun cepat mulai detik ke-0 hingga detik ke-122 dan massa
batang mulai menurun secara perlahan hingga konstan sampai detik ke-668. Pada
detik ke-668 massa batang sudah konstan yang menunjukkan bahwa kerosin dan air
sudah terpisah. Pada diameter batang 5 mm massa batang terus menurun cepat mulai
detik ke-0 hingga detik ke-119 dan massa batang mulai menurun secara perlahan
hingga konstan sampai detik ke-796. Pada detik ke-796 massa batang sudah konstan
yang menunjukkan bahwa kerosin dan air sudah terpisah.
23
Universitas Sumatera Utara
Massa Batang (x 10-6 kg)
Konsentrasi 97 % Air : 3 % Kerosin
Waktu (detik)
Gambar 4.3 Grafik Pengaruh Massa Batang Terhadap Waktu Pada Konsentrasi
97% Air : 3% Kerosin dengan Pengaruh Diameter Batang
Pada pemisahan minyak dalam air, jika dibandingkan pemisahan dengan
menggunakan batang ataupun pemisahan tanpa batang terdapat perbedaan waktu
pemisahan yang kecil. Hal ini dikarenakan adanya wall effect yang menyebabkan
adanya perbedaan waktu pemisahan. Pada penelitian ini, massa batang menjadi
24
Universitas Sumatera Utara
singkat dalam waktu yang singkat. Massa batang yang konstan menandakan bahwa
kerosin dan air sudah terpisah namun belum sempurna. Hal ini terjadi karena, neraca
analitik yang digunakan hanya memiliki ketelitian 0,0001 (4 desimal).
4.1.4 Pengaruh Diameter Batang Pada Konsentrasi 96% Air : 4% Kerosin
Gambar 4.4 menunjukkan grafik pengaruh waktu pemisahan terhadap massa
batang untuk diameter batang 5 mm, 10 mm, 15 mm dan 20 mm dengan rasio
perbandingan konsentrasi 96% air : 4% kerosin. Pada awal proses, gelembung
yang berukuran besar lebih dulu mengapung sehingga penurunan massa batang
yang terjadi cukup besar. Semakin lama waktu, maka penurunan massa batang
mulai berkurang hingga semua gelembung mengapung dan massa batang menjadi
konstan [14].
Pada gambar 4.4 menunjukkan bahwa pada diameter batang 20 mm massa
batang terus menurun cepat mulai detik ke-0 hingga detik ke-175 dan massa batang
mulai menurun secara perlahan hingga konstan sampai detik ke-975. Pada detik ke975 massa batang sudah konstan yang menunjukkan bahwa kerosin dan air sudah
terpisah. Pada diameter batang 15 mm massa batang terus menurun cepat mulai detik
ke-0 hingga detik ke-164 dan massa batang mulai menurun secara perlahan hingga
konstan sampai detik ke-870. Pada detik ke-870 massa batang sudah konstan yang
menunjukkan bahwa kerosin dan air sudah terpisah. Pada diameter batang 10 mm
massa batang terus menurun cepat mulai detik ke-0 hingga detik ke-135 dan massa
batang mulai menurun secara perlahan hingga konstan sampai detik ke-968. Pada
detik ke-968 massa batang sudah konstan yang menunjukkan bahwa kerosin dan air
sudah terpisah. Pada diameter batang 5 mm massa batang terus menurun cepat mulai
detik ke-0 hingga detik ke-125 dan massa batang mulai menurun secara perlahan
hingga konstan sampai detik ke-781. Pada detik ke-781 massa batang sudah konstan
yang menunjukkan bahwa kerosin dan air sudah terpisah.
25
Universitas Sumatera Utara
Massa Batang (x 10-6 kg)
Konsentrasi 96 % Air : 4 % Kerosin
Waktu (detik)
Gambar 4.4 Grafik Pengaruh Massa Batang Terhadap Waktu Pada Konsentrasi
96% Air : 4% Kerosin dengan Pengaruh Diameter Batang
Pada pemisahan minyak dalam air, jika dibandingkan pemisahan dengan
menggunakan batang ataupun pemisahan tanpa batang terdapat perbedaan waktu
pemisahan yang kecil. Hal ini dikarenakan adanya wall effect yang menyebabkan
adanya perbedaan waktu pemisahan. Pada penelitian ini, massa batang menjadi
singkat dalam waktu yang singkat. Massa batang yang konstan menandakan bahwa
kerosin dan air sudah terpisah namun belum sempurna. Hal ini terjadi karena, neraca
analitik yang digunakan hanya memiliki ketelitian 0,0001 (4 desimal).
26
Universitas Sumatera Utara
4.1.5 Pengaruh Diameter Batang Pada Konsentrasi 95% Air : 5% Kerosin
Gambar 4.5 menunjukkan grafik pengaruh waktu pemisahan terhadap massa
batang untuk diameter batang 5 mm, 10 mm, 15 mm dan 20 mm dengan rasio
perbandingan konsentrasi 95% air : 5% kerosin. Pada awal proses, gelembung
yang berukuran besar lebih dulu mengapung sehingga kenaikan massa batang
yang terjadi cukup besar. Semakin lama waktu, maka kenaikan massa batang
mulai menjadi berkurang sampai tidak ada lagi perubahan atau massa batang
menjadi konstan [14].
Massa Batang (x 10-6 kg)
Konsentrasi 95 % Air : 5 %
Waktu (detik)
Gambar 4.5 Grafik Pengaruh Massa Batang Terhadap Waktu Pada Konsentrasi
95% Air : 5% Kerosin dengan Pengaruh Diameter Batang
27
Universitas Sumatera Utara
Pada gambar 4.5 dapat dilihat bahwa pada diameter batang 20 mm massa
batang terus menurun cepat mulai detik ke-0 hingga detik ke-317 dan massa batang
mulai menurun secara perlahan hingga konstan sampai detik ke-1260. Pada detik ke1260 massa batang sudah konstan yang menunjukkan bahwa kerosin dan air sudah
terpisah. Pada diameter batang 15 mm massa batang terus menurun cepat mulai detik
ke-0 hingga detik ke-245 dan massa batang mulai menurun secara perlahan hingga
konstan sampai detik ke-880. Pada detik ke-880 massa batang sudah konstan yang
menunjukkan bahwa kerosin dan air sudah terpisah. Pada diameter batang 10 mm
massa batang terus menurun cepat mulai detik ke-0 hingga detik ke-181 dan massa
batang mulai menurun secara perlahan hingga konstan sampai detik ke-812. Pada
detik ke-812 massa batang sudah konstan yang menunjukkan bahwa kerosin dan air
sudah terpisah. Pada diameter batang 5 mm massa batang terus menurun cepat mulai
detik ke-0 hingga detik ke-143 dan massa batang mulai menurun secara perlahan
hingga konstan sampai detik ke-900. Pada detik ke-900 massa batang sudah konstan
yang menunjukkan bahwa kerosin dan air sudah terpisah.
Pada pemisahan minyak dalam air, jika dibandingkan pemisahan dengan
menggunakan batang ataupun pemisahan tanpa batang terdapat perbedaan waktu
pemisahan yang kecil. Hal ini dikarenakan adanya wall effect yang menyebabkan
adanya perbedaan waktu pemisahan. Pada penelitian ini, massa batang menjadi
singkat dalam waktu yang singkat. Massa batang yang konstan menandakan bahwa
kerosin dan air sudah terpisah namun belum sempurna. Hal ini terjadi karena, neraca
analitik yang digunakan hanya memiliki ketelitian 0,0001 (4 desimal).
4.5
APLIKASI METODE PENGAPUNGAN BATANG TERHADAP
ESTIMASI DISTRIBUSI UKURAN GELEMBUNG DENGAN
PENGARUH UKURAN DIAMETER BATANG
Pada penelitian ini, estimasi distribusi ukuran gelembung dilakukan pada
perbandingan konsentrasi antara air dengan kerosin sebesar 99% : 1%; 98% : 2% dan
95 % : 5% yang divariasikan dengan ukuran diameter batang.
4.2.1 Estimasi Ukuran Gelembung Pada Perbandingan Konsentrasi 99% Air :
1% Kerosin dengan Pengaruh Ukuran Diameter Batang
Gambar 4.6 berikut memberikan grafik distribusi ukuran gelembung dengan
perbandingan massa batang terhadap waktu dengan rasio konsentrasi 99% air : 1%
28
Universitas Sumatera Utara
kerosin, dimana hasil data yang diperoleh diolah menggunakan perhitungan dengan
metode hukum Stokes dan metode Allen dan dibandingkan dengan metode Coulter
Counter.
(a)
(b)
Gambar 4.6 Grafik Distribusi Ukuran Gelembung dengan Perbandingan Konsentrasi
99% Air : 1% Kerosin dengan (a) Metode Hukum Stokes dan (b) Metode Allen
Gambar (a) menunjukkan distribusi ukuran gelembung yang diperoleh dari
perhitungan dengan metode Stokes, dimana dapat dilihat bahwa rentang distribusi
ukuran gelembung dengan perhitungan metode Stokes tidak sebanding dengan
metode Coulter Counter. Gambar (b) menunjukkan distribusi ukuran gelembung
yang diperoleh dari perhitungan dengan menggunakan metode Allen. Pada grafik
tersebut dapat dilihat bahwa perhitungan dengan menggunakan metode Allen
mendekati dengan hasil yang diperoleh pada metode Coulter Counter, hal ini
dikarenakan gelembung yang dihasilkan oleh rasio konsentrasi 99 % air : 1 %
kerosin memiliki Bilangan Reynold dengan rentang yang berada pada aliran Allen,
yaitu Re = 0,2 – 500. Jadi dapat disimpulkan bahwa metode Allen lebih sesuai
dibandingkan dengan metode Stokes dalam mengukur ukuran distribusi gelembung.
Percobaan ini menggunakan variasi ukuran diameter batang, untuk
mengetahui ukuran diameter batang yang paling tepat dalam mengukur distribusi
ukuran gelembung. Dari hasil perhitungan dengan menggunakan metode Allen,
distribusi ukuran gelembung pada diameter batang 10 mm dan 15 mm lebih
29
Universitas Sumatera Utara
mendekati hasil dari metode Coulter Counter dibandingkan dengan diameter 5 mm
dan 20 mm. Jadi, dapat disimpulkan bahwa Metode Pengapungan Batang ini dapat
digunakan untuk memberikan distribusi ukuran gelembung. Tabel 4.1 menunjukkan
hasil ukuran gelembung yang didapat dari persamaan Allen dan Stokes dengan
ukuran diameter batang yang digunakan.
Tabel 4.1 Ukuran Diameter Batang dan Ukuran Gelembung pada Konsentrasi 99 %
Air : 1 % Kerosin
Ukuran Diameter
Batang (mm)
20
Stokes
Ukuran Gelembung (µm)
554,2 – 55,7
Allen
Ukuran Gelembung (µm)
861,5 – 8,7
15
554,2 – 52,6
861,5 – 7,8
10
554,2 – 54,4
861,5 – 8,3
5
554,2 – 51,9
861,5 – 7,6
4.2.2 Estimasi Ukuran Gelembung Pada Perbandingan Konsentrasi 98% Air :
2% Kerosin dengan Pengaruh Ukuran Diameter Batang
Gambar 4.7 berikut memberikan grafik distribusi ukuran gelembung dengan
perbandingan massa batang terhadap waktu dengan rasio konsentrasi 98% air : 2%
kerosin, dimana hasil data yang diperoleh diolah menggunakan perhitungan dengan
metode hukum Stokes dan metode Allen dan dibandingkan dengan metode Coulter
Counter. Gambar (a) menunjukkan distribusi ukuran gelembung yang diperoleh dari
perhitungan dengan metode Stokes, dimana dapat dilihat bahwa rentang distribusi
ukuran gelembung dengan perhitungan metode Stokes tidak sebanding dengan
metode Coulter Counter. Gambar (b) menunjukkan distribusi ukuran gelembung
yang diperoleh dari perhitungan dengan menggunakan metode Allen. Pada grafik
tersebut dapat dilihat bahwa perhitungan dengan menggunakan metode Allen lebih
mendekati dengan hasil yang diperoleh pada metode Coulter Counter, hal ini
dikarenakan gelembung yang dihasilkan oleh rasio konsentrasi 98 % air : 2 %
kerosin memiliki Bilangan Reynold dengan rentang yang berada pada pada aliran
Alle
n, yaitu Re = 0,2 – 500. Jadi dapat disimpulkan bahwa metode Allen lebih
sesuai dibandingkan dengan metode Stokes dalam mengukur ukuran distribusi
gelembung.
30
Universitas Sumatera Utara
(a)
(b)
Gambar 4.7 Grafik Distribusi Ukuran Gelembung dengan Perbandingan Konsentrasi
98% Air: 2% Kerosin dengan (a) Metode Hukum Stokes dan (b) Metode Allen
Percobaan ini menggunakan variasi ukuran diameter batang, untuk
mengetahui ukuran diameter batang yang paling tepat dalam mengukur distribusi
ukuran gelembung. Dari hasil perhitungan dengan menggunakan metode Allen,
distribusi ukuran gelembung pada diameter batang 15 mm lebih mendekati hasil dari
metode Coulter Counter dibandingkan dengan diameter 5 mm, 10 mm dan 20 mm.
Jadi, dapat disimpulkan bahwa Metode Pengapungan Batang ini dapat digunakan
untuk memberikan distribusi ukuran gelembung. Tabel 4.2 menunjukkan hasil
ukuran gelembung yang didapat dari persamaan Allen dan Stokes dengan ukuran
diameter batang yang digunakan.
Tabel 4.2 Ukuran Diameter Batang dan Ukuran Gelembung pada Konsentrasi 98 %
Air : 2 % Kerosin
Allen
Ukuran Diameter
Stokes
Batang (mm)
Ukuran Gelembung
Ukuran Gelembung
(µm)
(µm)
20
554,2 – 38,3
861,5 – 9,01
15
554,2 – 55,6
861,5 – 8,7
10
554,2 – 45,8
861,5 – 9,9
5
554,2 – 38,3
861,5 – 10,5
31
Universitas Sumatera Utara
4.2.3 Estimasi Ukuran Gelembung Pada Perbandingan Konsentrasi 95% Air :
5% Kerosin dengan Pengaruh Ukuran Diameter Batang
Gambar 4.8 berikut memberikan grafik distribusi ukuran gelembung dengan
perbandingan massa batang terhadap waktu dengan rasio konsentrasi 95% air : 5%
kerosin, dimana hasil data yang diperoleh diolah menggunakan perhitungan dengan
metode hukum Stokes dan metode Allen dan dibandingkan dengan metode Coulter
Counter.
(b)
(a)
Gambar 4.8 Grafik Distribusi Ukuran Gelembung dengan Perbandingan Konsentrasi
95% Air: 5% Kerosin dengan (a) Metode Hukum Stokes dan (b) Metode Allen
Gambar (a) menunjukkan distribusi ukuran gelembung yang diperoleh dari
perhitungan dengan metode Stokes, dimana dapat dilihat bahwa rentang distribusi
ukuran gelembung dengan perhitungan metode Stokes tidak sebanding dengan
metode Coulter Counter. Gambar (b) menunjukkan distribusi ukuran gelembung
yang diperoleh dari perhitungan dengan menggunakan metode Allen. Pada grafik
tersebut dapat dilihat bahwa perhitungan dengan menggunakan metode Allen lebih
mendekati dengan hasil yang diperoleh pada metode Coulter Counter, hal ini
dikarenakan gelembung yang dihasilkan oleh rasio konsentrasi 95% air : 5% kerosin
memiliki Bilangan Reynold dengan rentang yang berada pada pada aliran Allen,
yaitu Re = 0,2 – 500. Jadi dapat disimpulkan bahwa metode Allen lebih sesuai
dibandingkan dengan metode Stokes dalam mengukur ukuran distribusi gelembung.
Percobaan ini menggunakan variasi ukuran diameter batang, untuk
mengetahui ukuran diameter batang yang paling tepat dalam mengukur distribusi
32
Universitas Sumatera Utara
ukuran gelembung. Dari hasil perhitungan dengan menggunakan metode Allen,
distribusi ukuran gelembung pada diameter batang 10 mm
dan 15 mm lebih
mendekati hasil dari metode Coulter Counter dibandingkan dengan diameter 5 mm
dan 20 mm. Jadi, dapat disimpulkan bahwa Metode Pengapungan Batang ini dapat
digunakan untuk memberikan distribusi ukuran gelembung. Tabel 4.3 menunjukkan
hasil ukuran gelembung yang didapat dari persamaan Allen dan Stokes dengan
ukuran diameter batang yang digunakan.
Tabel 4.3 Ukuran Diameter Batang dan Ukuran Gelembung pada Konsentrasi 95 %
Air : 5 % Kerosin
Ukuran Diameter
Stokes
Allen
Batang (mm)
Ukuran Gelembung (µm) Ukuran Gelembung (µm)
20
554,2 – 38,3
861,5 – 4,1
15
554,2 – 45,8
861,5 – 5,9
10
554,2 – 47,7
861,5 – 6,4
5
554,2 – 45,3
861,5 – 5,7
4.3 APLIKASI METODE PENGAPUNGAN BATANG TERHADAP
ESTIMASI
DISTRIBUSI
UKURAN
GELEMBUNG
DENGAN
PENGARUH UKURAN DIAMETER TANGKI
Pada gambar 4.9 menunjukkan grafik antara ukuran gelembung dengan
kumulatif massa undersize, dengan Metode Coulter Counter dan Metode
Pengapungan Batang. Penelitian ini menggunakan Metode Coulter Counter sebagai
perbandingan untuk mengetahui keakuratan metode pengapungan batang dan
menggunakan variasi ukuran diameter tangki, untuk mengetahui pengaruh ukuran
diameter tangki terhadap distribusi ukuran gelembung dan untuk mengetahui ukuran
diameter tangki yang paling tepat dalam mengukur distribusi ukuran gelembung.
Ukuran diameter batang yang digunakan dalam penelitian ini adalah batang dengan
ukuran diameter sebesar 15 mm dan tangki yang digunakan dalam penelitian ini
adalah sebesar 6 cm dengan tinggi 40 cm dan 6,5 cm dengan tinggi 35 cm.
33
Universitas Sumatera Utara
99% Air : 1% Kerosin
Cumulative mass undersize (%)
1.0
0.9
0.8
Diameter batang = 15 mm
0.7
Coulter LS 100
0.6
0.5
Tangki diameter 6,5 cm
0.4
Tangki diameter 6 cm
0.3
0.2
0.1
0.0
0
200
400
600
Droplet size (µm)
800
1000
Gambar 4.9 Grafik Distribusi Ukuran Gelembung dengan Perbandingan
Konsentrasi 99% Air : 1% Kerosin dengan Pengaruh Diameter Tangki
Hasil yang diperoleh dari Metode Pengapungan Batang dengan pengaruh
ukuran diameter tangki menunjukkan bahwa rentang hasilnya sebanding dengan hasil
yang diperoleh dengan Metode Coulter Counter. Namun, hasil percobaan yang
menggunakan ukuran diameter tangki 6,5 cm lebih mendekati daripada ukuran
diameter tangki 6 cm. Hal ini dipengaruhi oleh rasio luas penampang, dimana rasio
luas penampang dapat dihitung dengan persamaan berikut :
,
=
! " #
! #
$
%!
Distribusi ukuran gelembung dapat diukur dengan menggunakan metode
pengapungan batang ketika rasio a/ac adalah 0,02 – 0,2. Ukuran gelembung
meningkat ketika rasio a/ac lebih dari 0,2; hal ini disebabkan dengan adanya wall
effect. Wall effect akan memperlambat kecepatan perpindahan dari gelembung.
Kecepatan dari perpindahan gelembung dipengaruhi oleh wall effect, ketika rasio
perbandingan lebih dari 0,2 [15]. Dimana hasil dari perhitungan a/ac untuk diameter
tabung 6,5 cm dengan diameter batang 15 mm sebesar 0,199921. Pada diameter
tabung 6 cm dengan diameter batang 15 mm diperoleh rasio a/ac sebesar 0,212879.
Oleh karena itu, perbandingan ukuran diameter tabung 6,5 cm dengan diameter batan
34
Universitas Sumatera Utara
15 mm lebih cocok dengan metode pembanding yaitu metode coulter counter. Pada
diameter tabung 6 cm dengan diameter batang 15 mm dipengaruhi oleh wall effect
karena rasio a/ac yang diperoleh lebih dari 0,2. Jadi, dapat disimpulkan bahwa
Metode Pengapungan Batang tidak dapat mengukur distribusi ukuran gelembung
menggunakan diameter batang yang besar dengan diameter tangki yang kecil. Tabel
4.6 menunjukkan hasil ukuran gelembung yang didapat dari persamaan Stokes
dengan ukuran diameter tangki yang digunakan.
Tabel 4.6 Ukuran Diameter Tangki dan Ukuran Gelembung
Diameter Tangki (cm)
Ukuran Gelembung (µm)
6
861,5 – 12,4
6,5
861,5 – 7,8
35
Universitas Sumatera Utara
BAB V
KESIMPULAN DAN SARAN
5.1
KESIMPULAN
Kesimpulan yang dapat di ambil dari penelitian yang telah di lakukan adalah:
1. Metode Pengapungan Batang dapat digunakan untuk menentukan waktu
pemisahaan air-kerosin pada rasio konsentrasi 99% : 1% dengan
menggunakan diameter batang 15 cm. Kemurnian kerosin yang dihasilkan
pada detik ke-106 sebesar 94,9496 % dan pada detik ke-676 didapat
97,1326 % dari kadar awal kerosin sebesar sebesar 100%.
2. Metode pengapungan batang dapat mengukur distribusi ukuran gelembung
dan hasilnya sebanding dengan metode coulter counter.
3. Metode pengapungan batang tidak dapat mengukur distribusi ukuran
gelembung menggunakan diameter batang yang besar dengan diameter
tangki yang kecil.
5.2
SARAN
Saran yang dapat di ambil dari penelitian yang telah di lakukan adalah:
1.
Sebaiknya digunakan metode pembanding lain seperti metode karl fischer
untuk melakukan pengujian kemurnian air agar hasil metode Pengapungan
Batang semakin diketahui keakuratannya.
2.
Sebaiknya digunakan metode pembanding yang lebih banyak seperti
metode laser diffraction/scattering dan metode microscopy untuk
melakukan pengujian distribusi ukuran gelembung agar hasil Metode
Pengapungan Batang semakin diketahui keakuratannya.
3.
Sebaiknya digunakan personal komputer untuk mencatat data agar
mendapatkan data yang lebih teliti.
4.
Sebaiknya digunakan neraca analitik dengan ketelitian 0,00001 agar hasil
metode Pengapungan Batang semakin diketahui keakuratannya.
5.
Sebaiknya dicoba variasi konsentrasi dengan presentase kerosin lebih dari
5%, seperti 7 % dan 10 %.
35
Universitas Sumatera Utara